KR20020078602A

KR20020078602A - Gas turbine simulater

Info

Publication number: KR20020078602A
Application number: KR1020010018376A
Authority: KR
Inventors: 차영범; 김중회
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사; 국방과학연구소
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-10-19
Also published as: KR100651802B1

Abstract

PURPOSE: A gas turbine simulator is provided to indirectly apply an engine control algorithm to the gas turbine, thereby preventing the loss and danger of the gas turbine. CONSTITUTION: A gas turbine simulator is composed of a data interface(1d) for converting internal signals in conformity with input characteristics of an engine controller with converting signals from the engine controller in conformity with internal input characteristics, an engine model(1b) for outputting output signals corresponding to input signals, a user input/output interface(1c) in which a sensor output signal from the engine model is input, and a monitoring system(1a) for processing and displaying the sensor output signals from the user input/output interface and processing and displaying the operation state signals from the data interface.

Description

Gas turbine simulator

본 발명은, 가스 터빈 시뮬레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가스 터빈의 엔진 제어기로부터의 제어 신호에 따라 실제 가스 터빈의 출력 신호들을 발생시키고, 각 동작 상태를 디스플레이하는 가스 터빈 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine simulator, and more particularly, to a gas turbine simulator for generating output signals of an actual gas turbine in accordance with a control signal from an engine controller of a gas turbine and displaying respective operating states.

가스 터빈 장치의 엔진 제어기를 개발함에 있어서, 그 근간이 되는 것은 엔진 제어 알고리듬의 개발이다. 그러나, 개발된 엔진 제어 알고리듬을 엔진 제어기를 통하여 가스 터빈에 직접 적용하는 경우, 가스 터빈의 손실이 클 뿐만 아니라 위험하기도 하다. 따라서, 엔진의 제어 알고리듬의 성능을 검증하기 위하여 가스 터빈을 시뮬레이션하는 장치가 필요하지만, 아직까지 그러한 장치가 개발되지 못하고 있는 실정이다.In developing an engine controller of a gas turbine device, the basis for the development is an engine control algorithm. However, when the developed engine control algorithm is applied directly to the gas turbine through the engine controller, the loss of the gas turbine is not only large but also dangerous. Therefore, a device for simulating a gas turbine is required to verify the performance of the engine's control algorithm, but such a device has not been developed yet.

본 발명의 목적은, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 간접적이면서도 보다 정확하게 적용되게 함으로써, 가스 터빈의 손실 및 위험성을 방지할 뿐만 아니라 가스 터빈의 개발이 용이해지도록 할 수 있는 가스 터빈 시뮬레이터를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a gas turbine simulator that enables the developed engine control algorithm to be applied indirectly and more accurately, thereby preventing the loss and risk of gas turbines as well as facilitating the development of gas turbines.

도 1은 본 발명에 따른 가스 터빈 시뮬레이터의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram showing an internal configuration of a gas turbine simulator according to the present invention.

도 2a 및 2b는 도 1의 엔진 제어기에 내장된 엔진 제어 알고리듬의 일 예를 보여주는 흐름도이다.2A and 2B are flowcharts showing an example of an engine control algorithm embedded in the engine controller of FIG. 1.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1...가스 터빈 시뮬레이터,1a...모니터링 시스템,Gas turbine simulator, 1a monitoring system,

1b...엔진 모델,1c...사용자 입출력 인터페이스,1b ... engine model, 1c ... user I / O interface,

1d...데이터 인터페이스.1d ... data interface.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 가스 터빈의 엔진 제어기로부터의 제어 신호에 따라 실제 가스 터빈의 출력 신호들을 발생시키고, 각 동작 상태를 디스플레이하는 가스 터빈 시뮬레이터이다. 이 가스 터빈 시뮬레이터는 데이터 인터페이스, 엔진 모델, 사용자 입출력 인터페이스 및 모니터링 시스템을 포함한다.The present invention for achieving the above object is a gas turbine simulator which generates the output signals of the actual gas turbine in accordance with the control signal from the engine controller of the gas turbine and displays the respective operating states. The gas turbine simulator includes a data interface, an engine model, a user input / output interface and a monitoring system.

상기 데이터 인터페이스는, 내부적 신호들을 상기 엔진 제어기의 입력 특성에 맞도록 변환시킴과 동시에, 상기 엔진 제어기로부터의 신호를 내부적 입력 특성에 맞도록 변환시킨다. 상기 엔진 모델은, 상기 가스 터빈과 동일한 전달 함수의 알고리듬들이 내장되어, 입력 신호에 상응하는 출력 신호를 출력한다. 상기 사용자 입출력 인터페이스는, 사용자로부터의 동작 모드 신호를 처리하여 상기 엔진 모델 및 상기 데이터 인터페이스에 입력시키고, 사용자로부터의 목표 회전력 신호를 상기 데이터 인터페이스에 입력시키며, 상기 엔진 모델로부터의 센서 출력 신호를 입력받는다. 상기 모니터링 시스템은, 상기 사용자 입출력 인터페이스로부터의 센서 출력 신호를 처리하여 디스플레이하고, 상기 데이터 인터페이스로부터의 동작 상태 신호를 처리하여 디스플레이한다.The data interface converts internal signals to match the input characteristics of the engine controller, and simultaneously converts signals from the engine controller to match the internal input characteristics. The engine model incorporates algorithms of the same transfer function as the gas turbine, and outputs an output signal corresponding to the input signal. The user input / output interface processes an operation mode signal from a user and inputs it to the engine model and the data interface, inputs a target torque signal from the user to the data interface, and inputs a sensor output signal from the engine model. Receive. The monitoring system processes and displays the sensor output signal from the user input / output interface, and processes and displays the operation status signal from the data interface.

본 발명의 상기 가스 터빈 시뮬레이터에 의하면, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 상기 엔진 제어기에 의하여 실행되는 동안에 실제 가스 터빈과 동일한 동작 특성을 발생시키고, 상기 모니터링 시스템에 의하여 상기 엔진 모델의 동작 상태가 모니터링될 수 있다. 이에 따라, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 간접적이면서도 보다 정확하게 적용되게 함으로써, 가스 터빈의 손실 및 위험성을 방지할 뿐만 아니라 가스 터빈의 개발이 용이해지도록 할 수 있다.According to the gas turbine simulator of the present invention, while the developed engine control algorithm is executed by the engine controller, it generates the same operating characteristics as the actual gas turbine, and the operating state of the engine model can be monitored by the monitoring system. have. Accordingly, the developed engine control algorithm can be applied indirectly and more accurately, thereby not only preventing the loss and risk of the gas turbine, but also facilitating the development of the gas turbine.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가스 터빈 시뮬레이터는 데이터 인터페이스(1d), 엔진 모델(1b), 사용자 입출력 인터페이스(1c) 및 모니터링 시스템(1a)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a gas turbine simulator according to the present invention includes a data interface 1d, an engine model 1b, a user input / output interface 1c and a monitoring system 1a.

데이터 인터페이스(1d)는, 내부적 신호들을 엔진 제어기(2)의 입력 특성에 맞도록 변환시킴과 동시에, 엔진 제어기(2)로부터의 신호를 내부적 입력 특성에 맞도록 변환시킨다. 엔진 모델(1b)은, 가스 터빈과 동일한 전달 함수의 알고리듬들이 내장되어, 입력 신호에 상응하는 출력 신호를 출력한다.The data interface 1d converts internal signals to match the input characteristics of the engine controller 2 and at the same time converts signals from the engine controller 2 to match the internal input characteristics. The engine model 1b has built-in algorithms of the same transfer function as the gas turbine, and outputs an output signal corresponding to the input signal.

사용자 입출력 인터페이스(1c)는, 사용자로부터의 동작 모드 신호를 처리하여 엔진 모델(1b) 및 데이터 인터페이스(1d)에 입력시키고, 사용자로부터의 목표 회전력 신호를 데이터 인터페이스(1d)에 입력시키며, 엔진 모델(1b)로부터의 센서출력 신호를 입력받는다.The user input / output interface 1c processes the operation mode signal from the user, inputs it to the engine model 1b and the data interface 1d, and inputs a target torque signal from the user to the data interface 1d. The sensor output signal from (1b) is received.

모니터링 시스템(1a)은, 사용자 입출력 인터페이스(1c)로부터의 센서 출력 신호를 처리하여 디스플레이하고, 데이터 인터페이스(1d)로부터의 동작 상태 신호를 처리하여 디스플레이한다.The monitoring system 1a processes and displays the sensor output signal from the user input / output interface 1c, and processes and displays the operation state signal from the data interface 1d.

예를 들어, 사용자로부터의 시동 명령 신호가 사용자 입출력 인터페이스(1c)에 입력되면, 사용자 입출력 인터페이스(1c)는 입력된 시동 명령 신호를 인터페이싱하여 엔진 모델(1b) 및 데이터 인터페이스(1d)에 입력시킨다. 또한, 데이터 인터페이스(1d)는 입력된 시동 명령 신호를 인터페이싱하여 엔진 제어기(2)에 입력시킨다. 이에 따라, 엔진 제어 알고리듬(2a)에 의하여 동작하는 엔진 제어기(2)는 시동 모드에 따른 아날로그 이산 신호를 데이터 인터페이스(1d)에 입력시킨다.For example, when a start command signal from a user is input to the user input / output interface 1c, the user input / output interface 1c interfaces the input start command signal to the engine model 1b and the data interface 1d. . In addition, the data interface 1d interfaces the input start command signal to the engine controller 2. Accordingly, the engine controller 2 operated by the engine control algorithm 2a inputs an analog discrete signal corresponding to the start mode to the data interface 1d.

다음에, 데이터 인터페이스(1d)는 엔진 제어기(2)로부터 입력된 아날로그 이산 신호를 디지털 데이터로 변환시켜 엔진 모델(1b)에 입력시킨다. 이에 따라 엔진 모델(1b)은 실제 점화 상태에서의 전달 함수를 적용하여 상응하는 결과 신호를 사용자 입출력 인터페이스(1c) 및 데이터 인터페이스(1d)로 출력한다. 출력된 결과 신호는 사용자 입출력 인터페이스(1c)를 통하여 모니터링 시스템(1a)에 입력되는 한편, 데이터 인터페이스(1d)를 통하여 엔진 제어기(2)에 입력된다.Next, the data interface 1d converts the analog discrete signal input from the engine controller 2 into digital data and inputs it to the engine model 1b. Accordingly, the engine model 1b applies the transfer function in the actual ignition state and outputs a corresponding result signal to the user input / output interface 1c and the data interface 1d. The output result signal is input to the monitoring system 1a via the user input / output interface 1c, and to the engine controller 2 via the data interface 1d.

위와 같은 과정은 이어지는 가속 모드 및 정상 동작 모드에도 지속적으로 적용되며, 엔진 제어기(2)로부터의 동작 상태 신호는 데이터 인터페이스(1d)를 통하여 모니터링 시스템(1a)에 입력된다.The above process is continuously applied to the subsequent acceleration mode and the normal operation mode, and the operation state signal from the engine controller 2 is input to the monitoring system 1a through the data interface 1d.

도 2a 및 2b를 참조하여 도 1의 엔진 제어기(2)의 중앙처리소자(CPU)에 내장된 엔진 제어 알고리듬(2a)의 일 예를 적용하여 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 2A and 2B, an example of an engine control algorithm 2a built in a CPU of the engine controller 2 of FIG. 1 will be described.

엔진 제어기(2)에 전원이 인가되면, 설정된 변수 데이터가 엔진 제어기(2)의 중앙처리소자(CPU)로부터 출력되어 변수 데이터와 관련된 소자들이 초기화된다(단계 S11). 또한, 엔진 제어기(2) 내의 내부 타이머, 회전수 계수 소자 및 통신 인터페이스 소자가 초기화된다(단계 S12, S13).When power is applied to the engine controller 2, the set variable data is output from the central processing element CPU of the engine controller 2 to initialize the elements related to the variable data (step S11). In addition, the internal timer, the speed counting element and the communication interface element in the engine controller 2 are initialized (steps S12, S13).

다음에 송신 요구 단자가 디스에이블(disable)된다(단계 S14). 이 단계는, 엔진 모델(도 1의 1b)과 양방향 통신을 수행하지 않고 엔진 모델(1b)을 구동하는 모드임을 의미한다. 다음에, 설정되어 있는 시간들에 있어서, 대기 시간이 동작 상태 시간보다 짧고, 동작 상태 시간이 정지 시간보다 짧은지를 확인하여(단계 S15), 그렇지 않으면 각 시간을 조정한다(단계 S16).Next, the transmission request terminal is disabled (step S14). This step means that the engine model 1b is driven in a mode without performing bidirectional communication with the engine model 1b of FIG. 1. Next, at the set times, it is checked whether the waiting time is shorter than the operating state time and the operating state time is shorter than the stop time (step S15), otherwise each time is adjusted (step S16).

다음에, 각 동작 상태를 해독하여(단계 S17), 각 동작 상태에 따른 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 데이터를 발생시킨다(단계 S18). 여기서, 각 동작 상태는 예를 들어, 대기 모드, 초기 구동력을 제공하기 위한 크랭크(crank) 구동 모드, 제1 및 제2 연료 공급 모드들, 점화 모드, 제1 및 제2 가속 모드, 및 정상 동작 모드 등을 들 수 있다.Next, each operation state is decoded (step S17) to generate pulse width modulation data corresponding to each operation state (step S18). Here, each operating state is, for example, a standby mode, a crank drive mode for providing initial driving force, first and second fuel supply modes, an ignition mode, first and second acceleration modes, and normal operation. Mode etc. can be mentioned.

다음에, 발생된 펄스폭 변조 데이터에 따른 아날로그 이산 신호를 출력한다(단계 S19). 출력된 아날로그 이산 신호는 데이터 인터페이스(도 1의 1d)를 통하여 엔진 모델(도 1의 1b)에 입력된다. 이에 따라, 엔진 모델(1b)은 상응하는 센서 출력 신호를 사용자 입출력 인터페이스(1c)를 통하여 모니터링 시스템(도 1의 1a)에 입력시킨다. 또한, 엔진 모델(1b)은 상응하는 상태 출력 신호를 데이터인터페이스(1d)를 통하여 엔진 제어기(2)에 입력시킨다.Next, an analog discrete signal corresponding to the generated pulse width modulation data is output (step S19). The output analog discrete signal is input to the engine model (1b of FIG. 1) through the data interface (1d of FIG. 1). Accordingly, the engine model 1b inputs the corresponding sensor output signal to the monitoring system 1a of FIG. 1 through the user input / output interface 1c. The engine model 1b also inputs the corresponding status output signal to the engine controller 2 via the data interface 1d.

다음에, 사용자 입출력 인터페이스(1c)로부터 데이터 인터페이스(1d)를 통하여 중단(stop) 명령 신호가 입력되면(단계 S20), 엔진 모델(1b)로부터 데이터 인터페이스(1d)를 통하여 입력된 상태 신호에 따라 중단이 완료되었는지를 확인한다(단계 S21). 확인 후, 중단이 완료되었으면 단계 S11로 귀환하고, 그렇지 않았으면 통신 모니터링 루틴(단계 S2, 도 2b)을 실행한다. 또한, 중단 명령 신호가 입력되지 않았으면(단계 S20), 정지(shut) 명령 신호가 입력되었는지를 확인한다(단계 S22). 확인 후, 정지 명령 신호가 입력되었으면 내부 타이머를 초기화하고(단계 S23) 단계 S21로 귀환한다. 또한, 정지 명령 신호가 입력되지 않았으면 단계 S18로 귀환하여 지속적인 구동 제어를 수행한다.Next, when a stop command signal is input from the user input / output interface 1c via the data interface 1d (step S20), according to the state signal input from the engine model 1b through the data interface 1d. It is confirmed whether the interruption is completed (step S21). After confirmation, if the interruption is completed, the flow returns to step S11, and if not, the communication monitoring routine (step S2, Fig. 2B) is executed. In addition, if the stop command signal is not input (step S20), it is checked whether a shut command signal is input (step S22). After the confirmation, if the stop command signal is input, the internal timer is initialized (step S23) and the flow returns to step S21. If no stop command signal is input, the flow returns to step S18 to perform continuous drive control.

통신 모니터링 루틴(단계 S2, 도 2b)에 있어서, 먼저 송신 요구 단자를 인에이블시킨다(단계 S201). 이 단계는, 엔진 모델(도 1의 1b)과 양방향 통신을 수행하여 엔진 모델(1b)의 상태를 확인하는 모드임을 의미한다.In the communication monitoring routine (step S2, Fig. 2B), first, the transmission request terminal is enabled (step S201). This step means that the mode for confirming the state of the engine model 1b by performing bidirectional communication with the engine model 1b of FIG. 1.

먼저, 내부 타이머의 오버플로우 체크가 완료되었는지를 확인한다(단계 S202). 다음에, 샘플링 타임 체크가 완료되었는지를 확인한다(단계 S203). 샘플링 타임 체크가 완료되었으면, 엔진 모델(1b)이 정상 상태이므로 도 2a의 단계 S13으로 귀환한다. 샘플링 타임 체크가 완료되지 않았으면, 모니터링 체크가 완료되었는지를 확인한다(단계 S204).First, it is checked whether the overflow check of the internal timer is completed (step S202). Next, it is confirmed whether the sampling time check is completed (step S203). If the sampling time check has been completed, the engine model 1b is in a normal state, and the flow returns to step S13 in FIG. 2A. If the sampling time check has not been completed, it is checked whether the monitoring check has been completed (step S204).

위 단계 S204에서 모니터링 체크가 완료되지 않았으면, 모니터링이 시작된 상태인지를 확인한다(단계 S205). 모니터링이 시작된 상태가 아니면 위 단계 S202로 귀환한다. 모니터링이 시작된 상태이면 모니터링 플래그(flag)를 설정한 후(단계 S206), 위 단계 S202로 귀환한다.If the monitoring check is not completed in the above step S204, it is checked whether the monitoring is started (step S205). If monitoring is not started, the flow returns to the above step S202. If the monitoring has started, after setting the monitoring flag (step S206), the process returns to the above step S202.

위 단계 S204에서 모니터링 체크가 완료되었으면, 모니터링이 종료된 상태인지를 확인한다(단계 S207), 모니터링이 종료된 상태이면 모니터링 플래그를 설정한다(단계 S208).If the monitoring check is completed in the above step S204, it is checked whether or not the monitoring is finished (step S207). If the monitoring is finished, the monitoring flag is set (step S208).

다음에, 소화 즉, 엔진 모델(도 1의 1b)에서의 점화 모드의 종료가 완료된 상태인지를 확인한다(단계 S209). 소화가 완료된 상태가 아니면, 제어 데이터를 전송하여 엔진 모델(1b)이 소화 모드의 상태가 되게 한다(단계 S210).Next, it is checked whether fire extinguishing, that is, the end of the ignition mode in the engine model (1B in FIG. 1) is completed (step S209). If the extinguishing is not completed, control data is transmitted to bring the engine model 1b to the extinguishing mode (step S210).

다음에, 모니터링이 종료된 상태인지를 확인한다(단계 S211). 모니터링이 종료된 상태이면 모니터링 종료 모드로 전환한 후(단계 S212), 위 단계 S202로 귀환한다.Next, it is checked whether or not the monitoring is completed (step S211). If the state of monitoring has ended, after switching to the monitoring end mode (step S212), the process returns to the above step S202.

위 단계 S211에서 모니터링이 종료된 상태가 아니면, 소화 플래그를 설정하고(단계 S213) 통신 오류를 점검한 후(단계 S213) 위 단계 S202로 귀환한다.If the monitoring is not terminated in the above step S211, the fire extinguishing flag is set (step S213), the communication error is checked (step S213), and the flow returns to the above step S202.

위와 같은 단계들로 된 제어 알고리듬(도 1의 2a)이 엔진 제어기(도 1의 2)에 의하여 실행되는 동안에, 가스 터빈 시뮬레이터(도 1의 1)는 실제 가스 터빈과 동일한 동작 특성을 발생시키고, 모니터링 시스템(도 1의 1a)에 의하여 엔진 모델(도 1의 1b)의 동작 상태를 디스플레이할 수 있다.While the control algorithm (2a in FIG. 1) of the above steps is executed by the engine controller (2 in FIG. 1), the gas turbine simulator (1 in FIG. 1) generates the same operating characteristics as the actual gas turbine, The operating system of the engine model 1B of FIG. 1 may be displayed by the monitoring system 1A of FIG. 1.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 터빈 시뮬레이터에 의하면, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 엔진 제어기에 의하여 실행되는 동안에 실제 가스 터빈과 동일한 동작 특성을 발생시키고, 모니터링 시스템에 의하여 엔진 모델의 동작 상태가 모니터링될 수 있다. 이에 따라, 개발된 엔진 제어 알고리듬이 간접적이면서도 보다 정확하게 적용되게 함으로써, 가스 터빈의 손실 및 위험성을 방지할 뿐만 아니라 가스 터빈의 개발이 용이해지도록 할 수 있다.As described above, according to the gas turbine simulator according to the present invention, while the developed engine control algorithm is executed by the engine controller, it generates the same operating characteristics as the actual gas turbine, and the operating state of the engine model is controlled by the monitoring system. Can be monitored. Accordingly, the developed engine control algorithm can be applied indirectly and more accurately, thereby not only preventing the loss and risk of the gas turbine, but also facilitating the development of the gas turbine.

본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 정의된 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에 의하여 변형 및 개량될 수 있다.The present invention is not limited to the above embodiments, but may be modified and improved by those skilled in the art within the spirit and scope of the invention as defined in the claims.

Claims

A gas turbine simulator that generates output signals of an actual gas turbine in accordance with a control signal from an engine controller of a gas turbine and displays respective operating states,

A data interface for converting internal signals to match the input characteristics of the engine controller and simultaneously converting signals from the engine controller to the internal input characteristics;

An engine model having the same transfer function algorithms as the gas turbine, and outputting an output signal corresponding to an input signal;

A user input / output interface for processing an operation mode signal from a user and inputting it to the engine model and the data interface, inputting a target torque signal from the user to the data interface, and receiving a sensor output signal from the engine model;

And a monitoring system for processing and displaying sensor output signals from the user input / output interface, and for processing and displaying operating status signals from the data interface.